在线固相萃取富集反相液相色谱法测定水中的铅、镉、汞、银

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1、在线固相萃取富集反相液相色谱法测定水中的铅、 镉、 汞、 银 王 亮1 ,2 ,3 胡秋芬3 杨光宇3 尹家元3 袁倬斌 31 ,2 1(中国科学技术大学研究生院应用化学研究所 ,北京100039) 2(中国科学院研究生院应用化学研究所 ,北京100039) 3(云南大学化学系 ,昆明650091) 摘 要 研究了用色谱柱在线固相萃取富集,二极管矩阵检测器检测,反相液相色谱法测定水中铅、 镉、 汞和 银的方法。水样中的铅、 镉、 汞和银用四2(对氨基苯基)2卟啉 (T 4 APP) 柱前衍生后,样品通过富集柱富集,然后 切换六通转换阀改变流向,用流动相反向洗脱让显色产物洗下并通过分析柱分离,用

2、二极管矩阵检测器检测。 该方法用于测定水样中低含量的铅、 镉、 汞和银,结果令人满意。 关键词 四2(对氨基苯基)2卟啉 (T 4APP) ,反相液相色谱法,铅,镉,汞,银,在线固相萃取富集 2003202224收稿;2003210218接受 本文系国家自然科学基金(No.29875027 ,No.20175025)、 分析化学重点基金(No.20235010)、 电分析化学国家重点实验室基金和 “十五” 科 技攻关重大项目(No.2001BA210A04中的第七课题)资助项目 1 引 言 目前用卟啉衍生,反相液相色谱法测定金属元素已有很多报道1 5 。但是用四2(对氨基苯基)2卟 啉 (T

3、4 APP) 柱前衍生,高效液相色谱同时测定Pb、Cd、Hg和Ag还未见报道。本实验研究了四2(对氨基苯 基)2卟啉 (T 4 APP) 显色衍生,Waters Xterra色谱柱在线固相萃取富集和分离,二极管矩阵检测器测定饮用 水中的Pb、Cd、Hg和Ag的方法。该方法采用样品先在富集柱上富集,再用流动相反方向洗脱,经分离 柱分离测定,大大提高了进样量,二极管矩阵检测器检测使各组分均可在最大波长下检测,达到最高灵 敏度,并可用二极管矩阵检测器作峰纯度分辨,提高了方法的可靠性;方法用于水中超低含量Pb、Cd、Hg 和Ag的测定,取得满意结果。 2 实验部分 2. 1 仪器和试剂 在线富集装置由

4、美国Waters公司高效液相色谱仪组成(见图1) ;分析柱为Waters XterraTMRP18色谱 图1 色谱柱在线富集装置 Fig.1 Instrument of on2line enrichment 1. Water 2690 Alliance四元泵(Waters 2690 Aliance quadripump) ; 2. 大体积进样器(injector) ; 3.六通转换阀(six port switching value) ; 4. Water 515泵(waters 515 pump) ; 5.富集柱(enrichment column) ; 6.分析柱(analytical c

5、olumn) ; 7. Waters 996检测器(Waters 996 detector)。 柱 (5 m , 3. 9 mm150 mm) ,富集柱为Waters XterraTMRP18色谱柱 (5 m , 3.9 mm20 mm)。 Pb、Cd、Hg和Ag标准储备液:1.0 g/L ,使用时稀 释成0.2 g/L标准工作液,稀释液当天使用; T4APP 四氢呋喃溶液:1. 010 - 4 mol/L ;色谱纯四氢呋喃 (Fisher公司生产) ;pH = 10四氢吡咯2醋酸缓冲溶液 : 浓度为0.5 mol/L ,pH = 10 ;四氢吡咯2醋酸缓冲溶液: 浓度为0. 05 mol/L

6、 ;水为石英亚沸蒸馏水并用Milli2 Q50( 美国Millipore公司)超纯水仪处理,电阻 18 M cm;其余试剂均为分析纯或以上级。 2. 2 柱前衍生 准确取浓度为0.2 mg/L Pb、Cd、Hg和Ag混合标 液015 mL于25 mL棕色容量瓶中,加入5. 0 mL 11010 - 4 mol/L T4APP溶液,5 mL 0. 5 mol/L pH 10 四氢吡咯2醋酸缓冲溶液,用水稀释到近刻度,于沸水浴中加热10 min ,流水冷却,用四氢呋喃定容,待分 析用。 第32卷 2004年4月 分析化学(FENXI HUAXUE) 研究报告 Chinese Journal of

7、Analytical Chemistry 第4期 421424 2. 3 测定方法 分析步骤为:富集时以0.05 mol/L pH = 10四氢吡咯2醋酸缓冲溶液为流动相输送样品,在大体积进 样器(2)中注入5 mL样品(显色液 ) , 打开515泵,让样品随流动相输送进入六通阀d口,从c口流出经富 集柱,然后经f口和e口流入废液接收瓶;洗脱时以四氢呋喃和pH = 10缓冲溶液为流动相梯度洗脱,流 动相由Waters 2690 Alliance四元泵输送,从六通阀a口进入,f口流出,流经富集柱,反方向把富集柱上的 样品洗下,又从c口进入,b口流出,流经分离柱分离后经过检测器进入废液接收瓶,并由

8、二极管矩阵检 测器记录350600 nm波长色谱图,样品富集和洗脱的流速均为1.0 mL/ min;梯度变化为:开始40 %四 氢呋喃+ 60 %缓冲溶液,20 min线性递增到80 %四氢呋喃+ 20 %缓冲溶液。在该条件下标样和水样在 图2 标样及水样色谱图 Fig.2 Chromatogram of standard and water sample 1.水样(water sample) ; 2.标样(standard sample)。 450 nm波长处色谱图见图2。 3 结果与讨论 3. 1 卟啉试剂的选择和显色条件的优化 比较了7种卟啉类试剂,四2(对2甲基苯基)2卟 啉、 四2(

9、对2溴苯基)2卟啉、 四2(对2氯苯基)2卟啉、 四2 (对2甲氧基苯基)2卟啉、 四2(对2氨基苯基)2卟啉、 四2 (对2磺酸基苯基)2啉、 四2(对2羟基苯基)2卟啉和与 Ag + 、Pb2 +、Cd2 +和Hg2 +的显色反应和用作同时测定 上述4种重金属离子的柱前衍生试剂。实验表明7 种卟啉在碱性条件下均能和Ag + 、Pb2 +、Cd2 +和Hg2 + 显色。但是四2(对2甲基苯基)2卟啉、 四2(对2溴基苯 基)2卟啉、 四2(对2氯苯基)2卟啉、 四2(对2甲氧基苯 基)2卟啉的水溶性极差,显色反应不能在水介质中进 行,需在反应介质中加入相当量比例的有机溶剂助 溶,操作较为麻烦

10、;四2(对2磺酸基苯基)2卟啉、 四2(对2羟基苯基)2卟啉虽然能在水介质中与Ag+、Pb2 +、 Cd2 +和Hg2 +显色,但是显色络合物在碱性条件下稳定,需用碱性流动相洗脱才能保持络合物在色谱分 离过程中不分解,在碱性条件下羟基和磺酸基极易电离,在反相柱上没有充分的保留,它们也不适合作 为银、 铅、 镉、 汞的柱前衍生试剂。四2(对2氨基苯基)2卟啉 (T 42 APP) 不仅具有一定的亲水性,在表面活性 剂存在下可在水介质中和Ag + 、Pb2 +、Cd2 +及Hg2 +反应,络合物在碱性条件下在反相柱上有较好的保 留,最适合作为本实验条件下的柱前衍生试剂。因此,实验选择T42APP作

11、为Ag、Ni、Sn、Pb、Cd和Hg的 柱前衍生试剂。 Pb、Cd、Hg和Ag与T4APP在弱碱性条件下显色,随pH升高显色反应加快,pH达9.0左右时显色反 应趋于稳定,因此实验选用0.5 mol/L pH = 10四氢吡咯2醋酸缓冲控制显色酸度,用量在5 mL左右可把 pH控制在适宜范围,实验选用5 mL。室温下T4APP与Pb、Cd、Hg和Ag的反应慢,加热可加快显色速 度,实验表明用沸水浴加热10 min左右T4APP与Pb、Cd、Hg和Ag可显色完全,故实验选用沸水浴加热 10 min。显色剂用量在0.5 mL左右即可显色完全。但是,实际样品中除Pb、Cd、Hg和Ag外还有其它离 子

12、也与T4APP反应要消耗试剂,所以显色剂需大大过量,因此实验选用5. 0 mL。T4APP与Pb、Cd、Hg和 Ag生成的络合物见光易分解,因此显色液需避光保存,显色液至少可稳定4h。 3. 2 在线固相萃取富集和色谱条件选择 通过增加进样体积可提高液相色谱法的灵敏度,但进样体积过大(超过100 mL)会使色谱峰变宽而 降低分离度。为实现通过大体积进样以提高液相色谱法的灵敏度,实验采用色谱柱在线固相萃取富集 的方法,即大体积的样品先流经富集柱并富集在柱顶端,用流动相反方向洗脱后在再流经分离柱分离, 这样可实现大体积进样而不使色谱峰型变宽。常规的在线富集一般用泵直接输送样品通过富集柱,但 是由于

13、泵的死体积大,样品易在泵及管道内上残留,进样体积很难准确控制,且操作麻烦,因此,设计了 样品先注入大体积进样器内,再用流动相输送通过富集柱的方法,该方法可准确控制进样体积,且操作 224 分 析 化 学第32卷 更为方便。由于T4APP金属离子络合物具有一定疏水性,因此,用洗脱能力弱的流动相输送通过富集柱 时能保留在富集柱上而不被洗脱。实验表明:用pH = 10四氢吡咯2醋酸缓冲溶液为流动相输送样品通 过富集柱时样品能完全保留在富集柱上,因此,实验选用该溶液为流动相输送样品。由于T4APP与Pb、 Cd、Hg和Ag生成的络合物在弱碱性条件下才稳定,流动相的pH需控制在8.5以上,所以实验选用四

14、氢 呋喃和pH = 10四氢吡咯2醋酸缓冲溶液为流动相。实验表明:梯度洗脱具有好的分离效果,因此,实验 选用梯度洗脱,按开始40 %四氢呋喃+ 60 %缓冲液,20 min线性递增到80 %四氢呋喃+ 20 %缓冲的梯度 条件可使Pb、Cd、Hg和Ag的络合物与其它元素的络合物完全分离。与直接进样相比,本方法的进样量 可达5 mL ,而且色谱峰没有明显变宽,进样体积增加了近3个数量级。 3. 3 峰检测及检测波长的选择 样品中Pb、Cd、Hg和Ag络合物的色谱峰均由其保留时间及二极管矩阵检测器所记录各峰的光谱 图与标样对照确定,并作了峰纯度分辨,证明Pb、Cd、Hg和Ag络合物的色谱峰均达到完

15、全分离。由二 极管矩阵检测器所记录光谱图可知:Cd2T4APP络合物最大吸收波长为438 nm ,Pb2T4APP络合物最大吸 收波长为464 nm ,Hg2T4APP络合物最大吸收波长为449 nm ,Ag2T4APP络合物最大吸收波长为435 nm。 为了达到最佳灵敏度,各组分均用最大吸收波长处的色谱图的峰面积定量。 3. 4 干扰实验 在弱碱性条件下,除Pb2 +、Cd2 +、Ag + 和Hg2 +外,其他过渡元素Cu2 +、Pd2 +、Ni2 +、Co2 +、Fe3 +、Mn2 + 和Zn2 +也与T4APP生成络合物,因此我们做了干扰实验,对于0. 1g的Cd2 +、Hg2 +、Pb

16、2 +、Ag + 加入10 倍的上述离子未发现Cd2 +、Hg2 +、Ag +和 Pb2 +络合物的色谱峰峰面积有显著变化,说明上述离子的络合 物出峰时间不与Cd2 +、Hg2 +、Ag +和 Pb2 +络合物的出峰时间重叠,不干扰测定。 3. 5 工作曲线及检出限 用峰面积定量法得工作曲线,结果见表1。进样量为5 mL时,根据信噪比S/ N= 3 ,算得各组分的 检出限,结果见表1。表中A为峰面积,C单位为g/L。 表1 回归方程、 相关系数及检出限 Table 1 Regression equation , correlation coefficient and detection limit 组分 Component 回归方程 Regression equation 线性范围 Linear range ( g/L) 相关系数 Correlation coefficient 检出限 Detection limit (ng/L) Cd2T4APP A= 3.864105C+ 1260.02120r= 0.99893.0 Pb2T4AP